绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)在物理结构上等效于一个由金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)驱动的电力晶体管(giant transistor,GTR),具有高输入阻抗、低导通压降、驱动电路简单等特点。因开关频率和输出功率,IGBT在电力电子领域得到广泛应用,但是其开关损耗、不正确使用及失效与系统效率和可靠性密切相关。因此,本文对IGBT机理模型进行研究,通过获取专用的IGBT模型,使用结构参数表征器件差异性,并基于机理模型对驱动进行分析和优化,实现提高器件可靠性和系统效率的目的。本文详细介绍了IGBT器件的结构特征和工作机理,使用电子和空穴的运动叙述器件开关过程及输出特性。还通过分析IGBT器件的主要建模方法,确定以机理建模作为本课题的研究内容。在分析和推导Hefner模型的基础上,本文提出了改进的IGBT机理模型,即分开建立开通模型和关断模型,修正了Hefner模型输出在IGBT关断暂态出现超前实验输出的情况。通过IGBT器件的实际输出与模型输出的比较,验证了改进后模型的正确性和精确度。同时以结构参数表征器件的差异性,提出了基于神经网络优化算法对模型参数进行闭环辨识的方法,获得了具有器件表征意义的IGBT模型。仿真结果说明辨识参数后的改进模型达到了更高的精确度,实现了IGBT器件输出的精确预测。IGBT器件的门极驱动电路是影响IGBT器件输出特性的重要因素。本文在IGBT机理模型的基础上,针对两个不同的优化目的,提出了相应的优化策略。其一是针对同类型器件存在差异性导致器件输出不一致的问题,通过探讨模型参数与器件输出的影响关系,以及驱动电路模型的具体内容,提出了根据模型参数值的变化方向,改变外部特征量,即驱动电阻、极间电容和寄生电感数值的方法,以实现IGBT器件输出的一致性;其二是为了实现IGBT器件的可靠性快速输出,提出了以器件的理想输出为给定量,使用PI控制器对IGBT器件模型进行闭环控制,从而优化驱动的方法。最后在MATLAB仿真平台验证了两种优化方案的可行性,并实现了IGBT器件快速且可靠的开关,和开关损耗的减小。